JP3794205B2 - コモンレール式燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料サプライポンプから圧送される燃料をコモンレールに蓄圧状態に貯留し、コモンレールから供給される燃料をインジェクタから燃焼室に噴射するコモンレール式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、エンジンの燃料噴射制御に関して、噴射圧力の高圧化を図り、且つ燃料の噴射タイミング及び噴射量等の噴射条件をエンジンの運転状態に応じて最適に制御する方法として、コモンレール式燃料噴射システムが知られている。コモンレール式燃料噴射システムは、ポンプによって所定圧力に加圧された燃料噴射制御用の作動流体をコモンレール内に蓄圧状態に貯留し、作動流体圧力を利用して各気筒にそれぞれ配置されたインジェクタを作動させて、インジェクタから対応する燃焼室内に燃料を噴射するシステムである。燃料が各インジェクタからエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コントローラが各インジェクタに設けられた開閉弁を制御している。
【０００３】
作動流体を燃料とする燃料圧力作動型のコモンレール式燃料噴射システムの場合、コモンレールから燃料供給管を通じて各インジェクタの先端に形成された噴孔に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃料圧力が作用しており、各インジェクタは、燃料供給管を通じて供給される燃料を通過又は遮断する制御を行うための開閉弁と当該開閉弁を開閉駆動するための電磁アクチュエータとを備えている。コントローラは、加圧燃料が各インジェクタにおいてエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの圧力と各インジェクタの電磁アクチュエータの作動とを制御している。また、作動流体としてエンジンオイルをコモンレールに貯留し、コモンレールからインジェクタの圧力室に供給したオイル圧力でインジェクタ内の増圧室内に供給されている燃料を所定の圧力まで増圧する型式のコモンレール式燃料噴射システムも提案されている。
【０００４】
従来の燃料圧力作動型のコモンレール燃料噴射システムを図７に基づいて説明する。燃料タンク７からフィードポンプ６によって吸い上げられた燃料は、燃料サプライポンプ１に送られる。燃料サプライポンプ１は、エンジンによって駆動されるプランジャ式の可変容量式高圧ポンプであり、燃料をコモンレール２に圧送する。コモンレール２に蓄圧状態に貯留された燃料は、燃料流路の一部を構成する燃料供給管２３を通じて、エンジンの型式に応じて気筒毎に設けられたインジェクタ３に供給され、各インジェクタ３からそれぞれ対応した燃焼室内に噴射される。燃料サプライポンプ１は、図示以外にも、エンジンの型式に応じて複数のプランジャを有するロータリ型、又は列型のポンプとすることができる。
【０００５】
燃料サプライポンプ１は、エンジンの出力によって駆動されるポンプ駆動カム１０と、ポンプ駆動カム１０に当接して往復動をするプランジャ１１とを備えており、プランジャ１１の頂面がポンプ室１２の壁面の一部を形成している。ポンプ室１２と燃料吸入通路１３との間に配設されているインレットバルブ１５が、フィードポンプ６から燃料吸入通路１３を通じてポンプ室１２に流入する燃料量を制御する。ポンプ室１２とコモンレール２との間を繋ぐ燃料吐出路１４には、燃料サプライポンプ１の所定の吐出圧で開弁する逆止弁１７が設けられている。
【０００６】
コモンレール２には、コモンレール圧力がシステム異常等に起因して異常上昇するのを防ぐため、所定の設定圧力よりも高くなると開弁してコモンレール２内の燃料を排出路２１を通じて燃料タンク７へ放出してコモンレール圧力を低下させる常閉型のリリーフ弁２０が備えられている。また、コモンレール２に設けられた圧力センサ２２が検出したコモンレール圧力Ｐｒは、エンジンの電子制御モジュール（ＥＣＭ）であるコントローラ８に入力される。
【０００７】
インジェクタ３は、図示が省略されたシリンダヘッド等のベースに設けられた穴部にシール部材によって密封状態に取付けられる。インジェクタ３はインジェクタ本体内を往復動可能な針弁３１と、ノズルの先端に形成され且つ針弁３１がリフトしたときに開口して燃料を燃焼室（図示せず）に噴射する噴孔３２を備えている。針弁３１の頂面３３は、燃料供給管２３からの高圧燃料が供給されるバランスチャンバ３０の壁面の一部を形成している。燃料供給管２３に接続する燃料通路３４は、針弁３１の周囲に形成された燃料溜まり３５に連通している。燃料溜まり３５に臨む針弁３１の第１テーパ面３６には燃料圧力が作用して、針弁３１にリフト力を与える。一方、針弁３１には、バランスチャンバ３０内の燃料圧力に基づく押し下げ力と、リターンスプリング４７の戻し力とが作用する。リフト力、押し下げ力及び戻し力のバランスによって、針弁３１のリフトが制御される。針弁３１の開弁時には、針弁３１の先端に形成された第２テーパ面３７がインジェクタ本体のテーパ状弁シートに着座して、燃料溜まり３５から針弁３１の周囲に形成される通路と噴孔３２との連通を閉じる。
【０００８】
コモンレール２内の高圧燃料は燃料供給管２３から分岐した供給路３８を通じてバランスチャンバ３０に供給され、バランスチャンバ３０内の燃料は排出路４０を通じて排出される。供給路３８及び排出路４０には、それぞれオリフィス３９，４１が設けられており、オリフィス４１の有効通路断面積はオリフィス３９の有効通路断面積よりも大となるように設定されている。また、排出路４０には、排出路４０を燃料戻し管４６に開放するための開閉弁４４が設けられている。
【０００９】
コントローラ８からの制御電流によって電磁ソレノイド４５を作動させて、排出路４０に設けられている開閉弁４４を開弁させると、オリフィス３９はオリフィス４１よりも燃料の流れをより強く制限するので、バランスチャンバ３０内の燃料圧力が低下する。針弁３１を持ち上げるリフト力が、バランスチャンバ３０内の燃料圧力に基づく押下げ力及びリターンスプリング４７のばね力との合力を上回り、針弁３１がリフトし、燃料は開口した噴孔３２から燃焼室（図示せず）内へと噴射される。噴射に費やされずバランスチャンバ３０から排出路４０を通じて流出た燃料は、燃料戻し管４６を経て燃料タンク７に回収される。
【００１０】
コントローラ８には、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ、アクセルペダルの踏込み量Ａｃを検出するためのアクセル踏込み量センサ等の検出手段としての各種センサ９からの検出信号が入力される。その他、冷却水温センサ、エンジン気筒判別センサ、上死点検出センサ、大気温度センサ、大気圧センサ、吸気管内圧力センサ等のエンジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号がコントローラ８へ入力される。
【００１１】
コントローラ８は、上記各センサ９からの検出信号と予め求められている噴射特性マップとに基づいて設定された目標噴射条件に従って、開閉弁４４を開閉して針弁３１のリフトを制御する。目標噴射条件は、エンジン出力がエンジンの運転状態に即した最適出力になるように、インジェクタ３からの燃料噴射のタイミングと噴射量とを定めるものである。燃料噴射の時期及び量は、噴射圧力と針弁３１のリフト（リフト量、リフト期間）とによって定められる。コントローラ８が出力したコマンドパルスに基づいて決定された駆動電流が電磁ソレノイド４５に送られ、開閉弁４４が開閉制御されて、針弁３１のリフトが制御される。
【００１２】
具体的には、インジェクタ３の燃料噴射量とコントローラ８が出力するコマンドパルスのパルス幅との関係が、コモンレール圧力Ｐｒ（コモンレール２内の燃料圧力）をパラメータとしたマップによって定められている。燃料噴射は、コマンドパルスの立ち下がり時刻と立ち上がり時刻に対して一定時間遅れて開始又は停止されるので、コマンドパルスがオン又はオフとなる時期を制御することによって、噴射タイミングを制御することが可能である。基本噴射量とエンジン回転数Ｎｅとの間には、アクセルペダル踏込み量Ａｃをパラメータとして一定の関係が基本噴射量特性マップとして予め与えられており、燃料噴射量は、エンジンの運転状態に応じて基本噴射量特性マップから計算によって求められる。図示の例では、インジェクタ３は１つのみ示されているが、エンジンは４気筒、６気筒のように多気筒エンジンであり、コントローラ８は各気筒に対応して配置されているインジェクタ３毎に燃料噴射制御を行う。
【００１３】
インジェクタ３から噴射される燃料の噴射圧力はコモンレール２に貯留されている燃料の圧力に略等しいので、噴射圧力を制御するにはコモンレール圧力Ｐｒが制御される。エンジンの運転状態が一定であってもインジェクタ３による燃料噴射毎にコモンレール２内の燃料が消費されることによりコモンレール圧力Ｐｒは低下しようとし、また、エンジンの運転状態が変わればエンジンの運転状態に最適となるのに必要なコモンレール圧力Ｐｒも変更される。コントローラ８は、燃料サプライポンプ１の圧送量を制御することにより、コモンレール２の圧力をエンジンの運転状態に応じて一定圧力又は必要な圧力に制御する。
【００１４】
コモンレール圧力Ｐｒの制御は、エンジンの運転状態に応じて決定された目標燃料噴射量とエンジン回転数Ｎｅとに応じて目標コモンレール圧力を決定し、この目標コモンレール圧力と圧力センサ２２によって検出された実際のコモンレール圧力との偏差をなくすように、燃料サプライポンプ１の圧送量（プランジャのリフトに伴う圧送量）をフィードバック制御することによって行われる。
【００１５】
図７に示すコモンレール式燃料噴射システムでは、燃料サプライポンプ１の圧送量を制御する方法の一つとして、プリストローク制御が知られている。プリストローク制御は、プランジャ１１がリフト行程中にあるときでも、燃料吸入通路１３に配設されているインレットバルブ１５を開弁させている期間には、ポンプ室１２内に吸入されていた燃料が燃料吸入通路１３を通じて戻り、インレットバルブ１５の閉弁後に吐出側に圧送されることを利用し、燃料圧送量を制御する方式である。コントローラ８が電磁ソレノイド１６の励磁時期を制御してインレットバルブ１５の閉弁時期からの燃料圧送期間を制御することで、燃料サプライポンプ１の圧送量が制御され、その結果、コモンレール圧力Ｐｒが制御される。燃料吸入通路１３での燃料圧（フィード圧）は、リリーフ弁１８により上限が制限されているので、フィードポンプ６が送る余剰の燃料はリリーフ弁１８及び戻し管１９を通じて燃料タンク７に戻される。
【００１６】
ところで、燃料サプライポンプは、一般的には、列型或いはロータリ型を問わず複数のプランジャを備えた型式のポンプである。また、従来のコモンレール式燃料噴射システムでは、コモンレール圧力の検出は複数のプランジャによる燃料供給或いは複数のインジェクタからの燃料噴射に跨がって行われており、各検出値を平均して求めた値を実コモンレール圧力としてコモンレール圧力の制御に利用している。一方、各プランジャが圧送する燃料圧送量、或いは各インジェクタからの燃料噴射量には、一般的に、メカニカル等の要因による個体バラツキや径年変化によるバラツキがある。平均値として求めた実コモンレールを用いてポンプの圧送量が決定されていると、コモンレール圧力を平均値で目標値に一致するようにフィードバック制御を行っても、燃料サプライポンプからの燃料圧送によるコモンレール圧力の上昇量とインジェクタからの燃料噴射によるコモンレール圧力の降下量には気筒毎にバラツキを生じ、その結果、燃料噴射圧力にバラツキを生じる。コモンレール式燃料噴射システムの場合には、インジェクタの燃料噴射特性を揃えたとしても、コモンレール圧力のバラツキをなくさないと燃料噴射量を揃えることができない。特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においては、気筒毎の噴射バラツキが燃料バラツキとなって現れ、不快な振動や騒音の原因となる。また、燃料サプライポンプが、複数のカム山を有するポンプ駆動カムで単一のプランジャを駆動する型式のものであっても、各カム山の作動毎に燃料圧送量にバラツキを生じ、同様の問題がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、エンジンの運転状態に基づいて決定されるコモンレール圧力の目標値は、燃料サプライポンプから燃料がコモンレールに圧送されてコモンレール圧力が回復した後で且つ各インジェクタから燃料噴射が開始されてコモンレール圧力が降下する前の圧力回復時期におけるコモンレール圧力であることに着目して、プランジャによる各燃料圧送での圧送量にバラツキが存在していても、各インジェクタからの燃料噴射後における燃料サプライポンプからの燃料圧送によって、コモンレール圧力を一律に目標値に回復させる点で解決すべき課題がある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、各インジェクタからの燃料噴射後に降下するコモンレール圧力を燃料サプライポンプからの燃料圧送によって回復させる際に、プランジャによる各燃料圧送における燃送量にバラツキが存在していても、燃料圧送毎にコモンレール圧力をその目標値へ一律に回復させ、特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においても、気筒毎の噴射バラツキをなくして燃料バラツキを回避して、不快な振動や騒音の発生を防止するコモンレール式燃料噴射装置を提供することである。
【００１９】
前記目的を達成するため、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置は、プランジャのポンプ作用により燃料を順次圧送する燃料サプライポンプ、前記燃料サプライポンプが圧送した燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給された燃料を噴射する気筒毎に設けられたインジェクタ、エンジンの運転状態を検出する検出手段、前記コモンレールの圧力を検出する圧力センサ、及び前記検出手段からの検出信号に基づいて前記コモンレールの目標コモンレール圧力を含む前記各インジェクタから噴射すべき燃料の噴射条件を求めると共に、前記噴射条件に従って前記燃料サプライポンプの前記プランジャが圧送する燃料圧送と前記各インジェクタからの燃料噴射とを制御するコントローラを具備し、前記燃料サプライポンプは、ポンプシリンダ内を往復動する前記プランジャ、ポンプ駆動軸に設けられ且つ前記プランジャを押圧して前記ポンプシリンダと前記プランジャとで形成されるポンプ室内の燃料を圧送するポンプ駆動カム、前記ポンプ室内に燃料を供給する燃料通路、及び前記ポンプ室と前記燃料通路とを連通又は遮断するインレットバルブを備え、前記コントローラは、前記プランジャがリフト行程にあるときに前記インレットバルブを所定のタイミングで閉弁して前記ポンプ室内に吸入されている燃料の前記燃料通路への戻し量を調整することにより前記ポンプ室から圧送される燃料圧送量のプリストローク制御を行うものであり、また、前記コントローラは、前記プランジャによる燃料圧送により回復した後で且つ前記各インジェクタからの燃料噴射によって降下する前の実コモンレール圧力を検出し、各気筒毎に対応した前記プランジャによる燃料圧送について、前記実コモンレール圧力と前記目標コモンレール圧力との偏差に基づいて圧送すべき燃料圧送量を補正することにより、前記実コモンレール圧力を前記目標コモンレール圧力に一致させるフィードバック制御を行うものであるコモンレール式燃料噴射装置において、前記インレットバルブの弁本体と前記弁本体が嵌入する弁シリンダとで圧力制御室が形成されており、前記圧力制御室と前記燃料通路とを連通又は遮断する制御弁が設けられており、前記制御弁の開弁作動によって前記圧力制御室と前記燃料通路とを連通することにより前記インレットバルブの昇降を許容すると共に、前記制御弁の閉弁作動によって前記圧力制御室と前記燃料通路とを遮断して前記インレットバルブの昇降を阻止し、前記コントローラは、前記プリストローク制御を行う際に前記圧力制御室と前記燃料通路とを遮断することにより前記インレットバルブの閉弁動作を一時的に停止又は減速させるものであることを特徴とする。
【００２０】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、燃料サプライポンプから圧送された燃料はコモンレールに蓄圧状態に貯留され、コモンレールから供給される燃料はインジェクタから各気筒の燃焼室内に噴射される。コントローラは、検出手段が検出したエンジンの運転状態に基づいて、インジェクタから噴射すべき燃料の噴射条件を求め、その噴射条件に従って燃料サプライポンプからの燃料圧送によるコモンレール内の燃料圧力とインジェクタからの燃料噴射とを制御する。このコモンレール式燃料噴射システムでは、燃料サプライポンプからの燃料圧送により回復した後で且つインジェクタからの燃料の噴射によって降下する前の実コモンレール圧力が検出されるので、実コモンレール圧力と目標コモンレール圧力との偏差が燃料圧送毎に算出される。コントローラは、燃料圧送毎にコモンレール圧力の偏差に基づいて圧送すべき燃料圧送量を補正するので、燃料圧送量にバラツキが存在していても、燃料圧送で回復する実コモンレール圧力について、目標コモンレール圧力に一致させるフィードバック制御が行われる。また、インレットバルブの開閉は、制御弁によって導入されるインレットバルブの背圧に基づいて制御されるので、インレットバルブを開閉させる構造が簡単になる。
【００２１】
前記コントローラは、前記目標コモンレール圧力に対応して前記プランジャが圧送すべき基本目標燃料圧送量を算出し、前記プランジャによる各燃料圧送について、前記基本目標燃料圧送量を前記偏差に基づいて算出された燃料圧送補正量で補正して最終目標燃料圧送量を算出し、前記実コモンレール圧力を前記目標コモンレール圧力に一致させるため、前記最終目標燃料圧送量に応じて前記プランジャによる燃料圧送期間を制御する。実コモンレール圧力が目標コモンレール圧力に一致していない場合には、偏差に基づいて基本目標燃料圧送量を補正する燃料圧送補正量が求められ、基本目標燃料圧送量を燃料圧送補正量で補正して最終目標燃料圧送量が求められる。燃料サプライポンプからの燃料圧送量が補正して求められた最終目標燃料圧送量となるように、燃料圧送における燃料圧送期間が制御される。
【００２２】
前記インジェクタは、前記エンジンの各気筒に対応してそれぞれ設けられており、前記燃料サプライポンプは、複数の前記プランジャを備えており、前記各プランジャは、それぞれ前記各インジェクタに対応して作動する。
【００２４】
プランジャが圧送行程にあるときにインレットバルブが所定のタイミングで閉弁され、閉弁までの期間ではポンプ室内に吸入されている燃料はその一部を吸入側に戻し、閉弁後から圧送上死点前のプランジャの圧送行程で燃料を吐出側に圧送することにより、ポンプ室内に吸入されている燃料の燃料通路に戻し量を調整するプリストローク制御が行われる。プリストローク制御を行う際のインレットバルブの閉弁動作をその途中において一時的に規制させるので、インレットバルブの完全に閉弁せず開いている隙間を通じて燃料がフィード側の燃料通路に戻ることができる。したがって、プランジャがリフトを開始したときに、減少するポンプ室内の容積に相当する燃料のすべてを吐出側に圧送しないので、燃料の圧送と同時に生じていた燃料圧力の急上昇が緩和され、燃料サプライポンプの振動が抑制されると共に、コモンレール圧力が過大になるのも軽減される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置の実施例を説明する。図１はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置における燃料噴射制御の概要を示すフローチャートであり、図２は実コモンレール圧力と目標コモンレール圧力との偏差と、燃料サプライポンプのプランジャが圧送すべき基本目標燃料圧送量を補正する燃料圧送補正量との関係の一例を示すグラフであり、図３はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置においてクランク角度の経過に対するコモンレール圧力の変化を示すグラフである。
【００２７】
図１〜図３を参照して、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置における燃料サプライポンプのプランジャが圧送する燃料圧送量の制御について説明する。この実施例では、燃料サプライポンプ１は、複数のプランジャが順次に作動するポンプとする。
【００２８】
エンジン回転速度Ｎｅやアクセル踏込み量Ａｃのようなエンジンの運転状態を検出し、検出したエンジンの運転状態に応じてコモンレール圧力の目標値、即ち、目標コモンレール圧力Ｐｒｔを決定する（ステップ１）。目標コモンレール圧力Ｐｒｔは、既に説明したように、エンジンの運転状態から予め用意されているマップデータに基づいて決定される目標燃料噴射量を達成するために、燃料噴射期間に対応して決定される。目標燃料噴射量が多い程、高い目標コモンレール圧力Ｐｒｔが設定されている。目標コモンレール圧力Ｐｒｔに対して、プランジャによって圧送されるべき基本目標燃料圧送量Ｑｂが決定される（ステップ２）。基本目標燃料圧送量Ｑｂは、エンジンの運転状態及び現在のコモンレール圧力を考慮して、目標コモンレール圧力Ｐｒｔを得るのに必要な燃料圧送量として決定される。コモンレール２に設けられた圧力センサ２２は、コモンレール２の圧力を逐次検出しており、燃料サプライポンプ１からの燃料圧送によって回復し且つ対応する各インジェクタ３からの燃料噴射によって降下する前の実コモンレール圧力Ｐｒａを検出する（ステップ３）。複数プランジャを有する燃料サプライポンプ１の場合には、実コモンレール圧力Ｐｒａは、圧送するプランジャ毎に応じて検出される。
【００２９】
ステップ１で決定した目標コモンレール圧力Ｐｒｔとステップ３で検出した実コモンレール圧力Ｐｒａとの偏差ΔＰｒ（＝Ｐｒａ−Ｐｒｔ）が算出される（ステップ４）。次回に圧送すべき燃料圧送量として基本目標燃料圧送量Ｑｂが決定されるが、ステップ４で算出したコモンレール圧力の偏差ΔＰｒに対応して、例えば図２に示すような予め求められている関数（又はマップデータ）に基づいて、対応するプランジャについて、基本目標燃料圧送量Ｑｂを補正する燃料圧送補正量ΔＱｂが算出される（ステップ５）。偏差ΔＰｒが正である場合は、実コモンレール圧力Ｐｒａが目標コモンレール圧力Ｐｒｔよりも高いので負の燃料圧送補正量ΔＱｂが算出され、逆に、偏差ΔＰｒが負である場合は、正の燃料圧送補正量ΔＱｂが算出される。マップデータに代えて、偏差ΔＰｒを変数とする関数によって燃料圧送補正量ΔＱｂを求めても良い。基本目標燃料圧送量Ｑｂを燃料圧送補正量ΔＱｂで補正して最終目標燃料圧送量Ｑｆが算出される（ステップ６）。ステップ６で求めた最終目標燃料圧送量Ｑｆに対応して、該当するプランジャによるプリストローク制御による燃料圧送期間が補正される（ステップ７）。
【００３０】
具体的には、燃料圧送補正量ΔＱｂが負（正）である場合には、該当するプランジャに対応したインレットバルブ（後述する）の閉弁期間を遅らせて燃料圧送量Ｑｂを減少（増加）させる制御が行われる。即ち、図３に示すように、あるプランジャの作動によって回復した実コモンレール圧力が目標コモンレール圧力Ｐｒｔよりも低いＰｒａ１であったとすると、該当するプランジャの次のポンプ駆動サイクルにおいては、増量補正された最終目標燃料圧送量Ｑｆ１で燃料がコモンレールに圧送されるので、そのプランジャの圧送量に固有バラツキがあっても、目標コモンレール圧力Ｐｒｔにまで回復することが期待される。同様に、別のプランジャの作動によって回復した実コモンレール圧力が目標コモンレール圧力Ｐｒｔよりも高いＰｒａ２であったとすると、そのプランジャの次のポンプ駆動サイクルにおいては、減量補正された最終目標燃料圧送量Ｑｆ２で燃料がコモンレールに圧送され、コモンレール圧力は、目標コモンレール圧力Ｐｒｔにまでの回復に抑えられることが期待される。
【００３１】
このように、このコモンレール式燃料噴射装置によれば、各プランジャに圧送量のバラツキが補正されるので、コモンレール圧力Ｐｒが目標コモンレール圧力Ｐｒｔに一致するように適正に制御される。インジェクタから噴射される燃料噴射量としてエンジンの運転状態に基づいて決定される所定の燃料噴射量を確保しようとする場合に、コモンレール圧力Ｐｒが変動すると、その変動に伴って燃料噴射期間が変化し、燃料噴射期間が変化すると各燃焼室での燃料状態のバラツキが発生してエンジンの不快な振動や騒音が生じていたが、このコモンレール式燃料噴射装置によれば、コモンレール圧力Ｐｒが目標コモンレール圧力Ｐｒｔに一致するように制御されるので、燃焼バラツキによるエンジンの不快な振動や騒音の発生を防止することができる。
【００３２】
燃料サプライポンプにおいて、プリストローク制御による燃料圧送期間の変更について、図４〜図６に示す燃料サプライポンプの一例を参照して説明する。図４はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプの一例を示す断面図、図５は図４に示す燃料サプライポンプのインレットバルブを含む要部を拡大して示す断面図、図６は図４及び図５に示す燃料サプライポンプの作動タイミングチャートである。燃料サプライポンプが用いられるコモンレール式燃料噴射システムそれ自体は、燃料サプライポンプの具体的構成を除いて、図７に示すシステムを採用することができる。したがって、本発明による燃料サプライポンプが適用されるコモンレール式燃料噴射システムについての再度の説明は省略する。コモンレール式燃料噴射システムに適用されるインジェクタについても同様である。図７に示したコモンレール式燃料噴射システムに用いられている燃料サプライポンプ以外の要素と同等の要素には同じ符号を付して、再度の説明を省略する。
【００３３】
図４である縦断面図には、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプ５０の全体の概略が示されている。高圧燃料サプライポンプ５０のハウジング５２には、エンジンのクランク軸によりベルト等の適宜の伝動手段を介して駆動されるカムシャフトとしてのポンプ駆動軸５３が、回転自在に軸支されている。ポンプ駆動軸５３には、ポンプ駆動カムが配設されている。ポンプ駆動カムは、ポンプ駆動軸５３に一体形成された偏心カム５４、及び偏心カム５４の外周に軸受５５を介して回転自在に取り付けられた回転輪５６を備え、ハウジング５２のカム室５７内に収容されている。カム室５７に連通するハウジング５２のボア５８内には、プランジャばね５９によって回転輪５６に押圧されるプランジャ６０が昇降可能に配設されている。プランジャ６０の先端にはタペット６１が形成されており、タペット６１は、一側でプランジャばね５９の一端と係合してプランジャばね５９のばね力を受けると共に、他側で回転輪５６に当接している。
【００３４】
ポンプシリンダ６２がハウジング５２の上端面に取り付けられており、ハウジング５２とポンプシリンダ６２とはポンプ本体を構成している。ポンプシリンダ６２に形成されたシリンダボア６３に、プランジャ６０が摺動自在に嵌入している。ポンプシリンダ６２の上部には横方向から吐出穴６４が穿設されており、この吐出穴６４には逆止弁から成る吐出弁６５が配設されている。プランジャ６０は、ポンプシリンダ６２内に形成されているシリンダボア６３内を摺動自在に往復運動し、シリンダボア６３上部にはプランジャ６０の頂部とでポンプ室６６が区画されている。
【００３５】
フィードポンプ６から燃料吸入通路１３に吐出された低圧燃料は、ハウジング５２に形成された燃料供給路７１、ハウジング５２とポンプシリンダ６２との間に形成された環状通路７２、及び環状通路７２からハウジング５２の上部に延びる燃料吸入路７３を通じて、ハウジング５２の上面に形成された燃料溜まり７４に供給される。燃料吸入通路１３から分岐する通路には、リリーフ弁１８が設けられており、設定圧以上の燃料圧はリリーフ弁１８を通じて燃料タンク７に戻される。燃料溜まり７４は、後述するように、インレットバルブ８０を通じてポンプ室６６に接続している。
【００３６】
一方、吐出穴６４に形成された雌ねじ部７５には、コモンレール２に至る燃料吐出路１４の一端部が螺入されて接続される。ポンプ室６６で昇圧された燃料は、その昇圧した燃料圧で吐出弁６５を開いて、燃料吐出路１４を通じてコモンレール２に至る。なお、プランジャ６０の周囲において漏洩した燃料は、ドレンポート７９を経て、潤滑油とは区別して回収される。
【００３７】
ポンプシリンダ６２には、燃料溜まり７４とポンプ室６６とを遮断・連通するインレットバルブ８０と、インレットバルブ８０を作動させる制御弁５１とが配設されている。図５に基づいてインレットバルブ８０と制御弁５１とについて説明する。インレットバルブ８０は、ポンプ室６６の内部に配置されている弁ヘッド８１と、ポンプシリンダ６２の外部に制御弁５１の内部に延びている弁ステム８２とから成る。インレットバルブ８０は、弁ヘッド８１の弁フェース８３がポンプシリンダ６２に形成されている弁シート８４に当接したときに閉弁して、燃料溜まり７４とポンプ室６６との間を遮断する。弁ステム８２は、ポンプシリンダ６２に形成された挿通孔８５に隙間８６を介して挿通し、挿通孔８５の上方において筒状部材の形態を有するブッシュ８７の案内孔８８内に案内されている。
【００３８】
弁ステム８２の上部の外周にはスナップリング８９が嵌着されており、弁ステム８２に嵌合されたばね受けを兼ねるばねガイド９０はスナップリング８９に係合することで弁ステム８２に対する位置を規制されている。ブッシュ８７とばねガイド９０との間には、吸入弁ばね９１が圧縮状態に装着されている。弁ヘッド８１は、吸入弁ばね９１により、弁シート８４に着座してインレットバルブ８０を常に閉弁する方向に付勢されている。キャップ９２がポンプシリンダ６２の上部に対して燃料溜まり７４を覆うようにシールリングによって密封状態に取り付けられており、キャップ９２の内部の中央穴９３内に弁ステム８２の上部が収容されている。弁ステム８２がブッシュ８７の案内孔８８に嵌入し且つ弁ステム８２の頂部９８がボア９４内に嵌入することにより、プランジャ６０の上昇によってインレットバルブ８０に流体力が働いても弁ステム８２の精度（同軸、同心度）が確保される。
【００３９】
キャップ９２の中央部は、ボア９４が形成された弁シリンダ９９を構成している。弁シリンダ９９には、インレットバルブ８０の弁ステム８２の頂部９８が摺動可能に嵌入し、ボア９４の壁面と弁ステム８２の頂部９８の頂壁とで圧力制御室９５が形成されている。また、キャップ９２には、燃料溜まり７４に接続する連通路９６が形成されており、連通路９６は、ボア９４の底部に形成された連絡路９７を通じて連通可能であり、連通時には、フィードポンプ６から送られた低圧燃料の燃料圧が圧力制御室９５に作用している。キャップ９２の上面には、連通路９６と連絡路９７とを接続すると共に連絡路９７の開口部を開閉するため、制御弁５１が密封状態に取り付けられている。ハウジング５２とポンプシリンダ６２とに形成された燃料供給路７１，環状通路７２，燃料吸入路７３、及びキャップ９２に形成されている連通路９６は、燃料サプライポンプ５０において、燃料をポンプ室６６へ供給する燃料通路を構成している。
【００４０】
制御弁５１は、キャップ９２の上面にシールリングによって密封状態に取り付けられるハウジング１０１を有している。制御弁５１は電磁弁として構成されており、ハウジング１０１の内部には、コントローラからの信号によって励磁されるソレノイド１０２と、ソレノイド１０２の励磁・消磁によって作動するアーマチュア１０３、及びアーマチュア１０３を付勢する戻しばね１０４が配置されている。アーマチュア１０３の先端は開閉弁部１０５となっており、制御弁５１は、キャップ９２に形成されている連絡路９７の開口端を開放又は閉鎖して、圧力制御室９５を低圧側に接続するか、又は密閉状態にすることができる２方弁として構成されている。ソレノイド１０２が励磁されると、アーマチュア１０３は、戻しばね１０４のばね力に抗して下降され、先端の開閉弁部１０５が連絡路９７の開口端を閉鎖して、圧力制御室９５を密閉状態にする。また、制御弁５１のソレノイド１０２を消磁すると、アーマチュア１０３は戻しばね１０４によって上昇し、開閉弁部１０５が連絡路９７の開口端を開放して圧力制御室９５を低圧側に連通することができる。
【００４１】
次に、図６に示すタイミングチャートに基づいて、図４及び図５に示す燃料サプライポンプの作動について説明する。図６は、燃料サプライポンプ５０の作動タイミングチャートの一例を横軸を時間軸として示す図である。図６（Ａ）は制御弁作動信号のオン・オフ状態を示すグラフであり、図６（Ｂ）は制御弁が図６（Ａ）に示す作動信号の態様で制御されるときの制御弁の変位の変化の様子を示すグラフであり、図６（Ｃ）は制御弁が図６（Ａ）の態様で制御されるときのインレットバルブのリフトの様子を示すグラフであり、図６（Ｄ）は燃料サプライポンプのプランジャの変位を示すグラフであり、更に図６（Ｅ）は燃料サプライポンプからの吐出される燃料流量を示すグラフである。
【００４２】
フィードポンプ６によって送り出された低圧の燃料は、燃料供給路７１、環状通路７２、燃料吸入路７３を通じて燃料溜まり７４に供給されている。図６の（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、制御弁５１はオフのときには、アーマチュア８３は戻しばね１０４のばね作用によって開閉弁部１０５は連絡路９７を開放しているので、圧力制御室９５は低圧側に連通し、圧力制御室９５内に対しては低圧燃料が流入・流出可能である。プランジャ６０が下降するのに合わせて、ポンプ室６６内の圧力は負圧となるので、インレットバルブ８０に作用する流体圧力のバランスによって吸入弁ばね９１のセット力に抗してインレットバルブ８０を開弁し、燃料溜まり７４内の燃料は、ブッシュ８７の下端の溝８７ａ及び挿通孔８５と弁ステム８２との間に形成されている隙間８６を通じて、更に、弁ヘッド８１の弁フェース８３と弁シート８４との間を通じてポンプ室６６に吸入される。即ち、インレットバルブ８０は、燃料が流入することに対応して弁フェース８３と弁シート８４との間が開く方向へリフトする。
【００４３】
プランジャ６０が基準点からマイナス方向に変位を開始する時刻ｔ1 において、制御弁５１の作動信号がオンとなる。制御弁５１は、時刻ｔ1 から閉じる方向に変位を開始し、時刻ｔ2 において開閉弁部１０５が連絡路９７の開口を完全に塞ぐまで変位し、圧力制御室９５を完全に閉じる。そのため、時刻ｔ2 において、インレットバルブ８０の開方向へのリフトの変位が停止し、インレットバルブ８０のリフトはフルリフト状態となる。プランジャ６０が下死点に到達する時刻ｔ3 まで、リフト状態のインレットバルブ８０を通じてポンプ室６６内への燃料の吸入が行われる。
【００４４】
プランジャ６０が下死点（ＢＤＣ）に到達した時刻ｔ3 の後は、ポンプ室６６内の燃料は、上昇しようとするプランジャ６０によって押し出される。このとき、圧力制御室９５内の燃料が流出することはないのでインレットバルブ８０は閉じることができず開弁状態が維持される。圧力制御室９５内の燃料が高圧になっても、連絡路９７の断面積は小さいので、圧力制御室９５内の燃料圧に対して、小型のソレノイド１０２でも充分対抗することができ、ソレノイド１０２の作動力に抗してアーマチュア１０３を押し上げることはない。したがって、燃料は、開弁状態のインレットバルブ８０から燃料溜まり７４、燃料吸入路７３等の低圧側に逆流し、吐出弁６５を開いて燃料吐出路１４に吐出されることはない。燃料吸入路１３等の低圧側に逆流した燃料量に相当する量は、リリーフ弁１８を経てタンク７に戻される。
【００４５】
プランジャ６０が下死点（ＢＤＣ）を経て上昇中にある時刻ｔ4 において、制御弁５１の作動信号がオフに切り換えられる。制御弁５１のアーマチュア１０３は戻しばね１０４のばね力によって上昇し、開閉弁部１０５は連絡路９７の開放を開始し、時刻ｔ5 において制御弁５１は圧力制御室９５を完全に開放する。圧力制御室９５は低圧側に連通して圧力が低下するので、ポンプ室６６内で昇圧された燃料の圧力作用によってインレットバルブ８０は上昇してインレットバルブ８０が閉弁を開始する。インレットバルブ８０は、時刻ｔ6 において完全に閉じる。したがって、インレットバルブ８０が閉弁を開始してから、ポンプ室６６内の燃料の低圧側への逆流が停止され始め、ポンプ室６６内の昇圧した燃料は、吐出弁６５を通じて燃料吐出路１４に吐出され始め、プランジャ６０が時刻ｔ7 において上死点（ＴＤＣ）に到達するまで、ポンプ室６６内の燃料が燃料吐出路１４に吐出される。
【００４６】
図６（Ａ）〜（Ｃ）及び（Ｅ）において、破線で示すグラフは、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを遅らせた場合の各変化の様子を示している。即ち、制御弁５１のオフ作動タイミングが遅れる（時刻ｔ8 ）と、制御弁５１のアーマチュア１０３の変位も遅れ制御弁５１の開弁時期ｔ9 、及びインレットバルブ８０が閉じる時期（時刻ｔ1 0 ）も遅れる。したがって、ポンプ室６６から燃料が吐出弁６５を開いて燃料吐出路１４へ吐出され始める時期もおくれるので、プランジャ６０が上死点（ＴＤＣ）に到達する時刻ｔ7 までにポンプ室６６から吐出される燃料吐出量が減少する。また、逆に、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを早めると、インレットバルブ８０が閉じる時期も速くなり、ポンプ室６６からの燃料吐出量を増大させることができる。このように、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを制御することにより、ポンプ室６６からの燃料吐出量を制御することができる。
【００４７】
【発明の効果】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、燃料サプライポンプから圧送された燃料は蓄圧状態にコモンレールに貯留され、コントローラは、コモンレール圧力を含むエンジンの運転状態を検出する検出手段からの検出信号に応じて求められる目標燃料噴射条件に基づいて、燃料サプライポンプからコモンレールに圧送される燃料圧送の制御と、コモンレールから供給された燃料を燃焼室に噴射するインジェクタの制御とを行っている。燃料圧送を行うプランジャと、その燃料圧送によって回復したコモンレール圧力がインジェクタからの次の燃料噴射によって低下することになる気筒とは対応しており、個々のプランジャに個体バラツキや径年変化等によるバラツキがあるとコモンレール圧力の上昇量にバラツキが発生し、目標コモンレール圧力が必ずしも維持されないことがあるが、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置において、コモンレールに設けられている圧力センサは、燃料サプライポンプからの燃料の圧送によって回復し且つインジェクタからの燃料噴射によって下降する前の実コモンレール圧力を検出しており、コントローラは、燃料サプライポンプの各プランジャによるコモンレール圧力の回復程度を知ることができ、目標コモンレール圧力との偏差をなくすように、各プランジャによって圧送される燃料圧送量を補正する。したがって、圧力回復時のコモンレール圧力のバラツキがなくなるので、燃料噴射量を揃えることができ、特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においても気筒毎における燃料バラツキを無くし、不快な振動や騒音の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置による燃料噴射制御の概要を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す燃料噴射制御において、コモンレール圧力の偏差と燃料圧送量の補正量との関係の一例を示すグラフである。
【図３】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置におけるクランク角度の経過によるコモンレール圧力の変化を説明するグラフである。
【図４】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプの一実施例を示す断面図である。
【図５】図４に示す燃料サプライポンプのインレットバルブを含む要部を拡大して示す断面図である。
【図６】図４及び図５に示す燃料サプライポンプの作動タイミングチャートである。
【図７】従来のコモンレール式燃料噴射システムを説明する概要図である。
【符号の説明】
２ コモンレール
３ インジェクタ
８ コントローラ
９ センサ
１３ 燃料通路
２２ 圧力センサ
５０ 燃料サプライポンプ
５１ 制御弁
５３ ポンプ駆動軸
６０ プランジャ
６２ ポンプシリンダ
６６ ポンプ室
７１ 燃料供給路
７２ 環状通路
７３ 燃料吸入路
８０ インレットバルブ
８１ 弁ヘッド
８２ 弁ステム
９４ ボア
９５ 圧力制御室
９６ 連通路
９９ 弁シリンダ
Ｐｒ コモンレール圧力
Ｐｒｔ 目標コモンレール圧力
Ｐｒａ 実コモンレール圧力
ΔＰｒ コモンレール圧力の偏差
Ｑｂ 基本目標燃料圧送量
ΔＱｂ 燃料圧送補正量
Ｑｆ 最終目標燃料圧送量
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料サプライポンプから圧送される燃料をコモンレールに蓄圧状態に貯留し、コモンレールから供給される燃料をインジェクタから燃焼室に噴射するコモンレール式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、エンジンの燃料噴射制御に関して、噴射圧力の高圧化を図り、且つ燃料の噴射タイミング及び噴射量等の噴射条件をエンジンの運転状態に応じて最適に制御する方法として、コモンレール式燃料噴射システムが知られている。コモンレール式燃料噴射システムは、ポンプによって所定圧力に加圧された燃料噴射制御用の作動流体をコモンレール内に蓄圧状態に貯留し、作動流体圧力を利用して各気筒にそれぞれ配置されたインジェクタを作動させて、インジェクタから対応する燃焼室内に燃料を噴射するシステムである。燃料が各インジェクタからエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コントローラが各インジェクタに設けられた開閉弁を制御している。
【０００３】
作動流体を燃料とする燃料圧力作動型のコモンレール式燃料噴射システムの場合、コモンレールから燃料供給管を通じて各インジェクタの先端に形成された噴孔に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃料圧力が作用しており、各インジェクタは、燃料供給管を通じて供給される燃料を通過又は遮断する制御を行うための開閉弁と当該開閉弁を開閉駆動するための電磁アクチュエータとを備えている。コントローラは、加圧燃料が各インジェクタにおいてエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの圧力と各インジェクタの電磁アクチュエータの作動とを制御している。また、作動流体としてエンジンオイルをコモンレールに貯留し、コモンレールからインジェクタの圧力室に供給したオイル圧力でインジェクタ内の増圧室内に供給されている燃料を所定の圧力まで増圧する型式のコモンレール式燃料噴射システムも提案されている。
【０００４】
従来の燃料圧力作動型のコモンレール燃料噴射システムを図７に基づいて説明する。燃料タンク７からフィードポンプ６によって吸い上げられた燃料は、燃料サプライポンプ１に送られる。燃料サプライポンプ１は、エンジンによって駆動されるプランジャ式の可変容量式高圧ポンプであり、燃料をコモンレール２に圧送する。コモンレール２に蓄圧状態に貯留された燃料は、燃料流路の一部を構成する燃料供給管２３を通じて、エンジンの型式に応じて気筒毎に設けられたインジェクタ３に供給され、各インジェクタ３からそれぞれ対応した燃焼室内に噴射される。燃料サプライポンプ１は、図示以外にも、エンジンの型式に応じて複数のプランジャを有するロータリ型、又は列型のポンプとすることができる。
【０００５】
燃料サプライポンプ１は、エンジンの出力によって駆動されるポンプ駆動カム１０と、ポンプ駆動カム１０に当接して往復動をするプランジャ１１とを備えており、プランジャ１１の頂面がポンプ室１２の壁面の一部を形成している。ポンプ室１２と燃料吸入通路１３との間に配設されているインレットバルブ１５が、フィードポンプ６から燃料吸入通路１３を通じてポンプ室１２に流入する燃料量を制御する。ポンプ室１２とコモンレール２との間を繋ぐ燃料吐出路１４には、燃料サプライポンプ１の所定の吐出圧で開弁する逆止弁１７が設けられている。
【０００６】
コモンレール２には、コモンレール圧力がシステム異常等に起因して異常上昇するのを防ぐため、所定の設定圧力よりも高くなると開弁してコモンレール２内の燃料を排出路２１を通じて燃料タンク７へ放出してコモンレール圧力を低下させる常閉型のリリーフ弁２０が備えられている。また、コモンレール２に設けられた圧力センサ２２が検出したコモンレール圧力Ｐｒは、エンジンの電子制御モジュール（ＥＣＭ）であるコントローラ８に入力される。
【０００７】
インジェクタ３は、図示が省略されたシリンダヘッド等のベースに設けられた穴部にシール部材によって密封状態に取付けられる。インジェクタ３はインジェクタ本体内を往復動可能な針弁３１と、ノズルの先端に形成され且つ針弁３１がリフトしたときに開口して燃料を燃焼室（図示せず）に噴射する噴孔３２を備えている。針弁３１の頂面３３は、燃料供給管２３からの高圧燃料が供給されるバランスチャンバ３０の壁面の一部を形成している。燃料供給管２３に接続する燃料通路３４は、針弁３１の周囲に形成された燃料溜まり３５に連通している。燃料溜まり３５に臨む針弁３１の第１テーパ面３６には燃料圧力が作用して、針弁３１にリフト力を与える。一方、針弁３１には、バランスチャンバ３０内の燃料圧力に基づく押し下げ力と、リターンスプリング４７の戻し力とが作用する。リフト力、押し下げ力及び戻し力のバランスによって、針弁３１のリフトが制御される。針弁３１の開弁時には、針弁３１の先端に形成された第２テーパ面３７がインジェクタ本体のテーパ状弁シートに着座して、燃料溜まり３５から針弁３１の周囲に形成される通路と噴孔３２との連通を閉じる。
【０００８】
コモンレール２内の高圧燃料は燃料供給管２３から分岐した供給路３８を通じてバランスチャンバ３０に供給され、バランスチャンバ３０内の燃料は排出路４０を通じて排出される。供給路３８及び排出路４０には、それぞれオリフィス３９，４１が設けられており、オリフィス４１の有効通路断面積はオリフィス３９の有効通路断面積よりも大となるように設定されている。また、排出路４０には、排出路４０を燃料戻し管４６に開放するための開閉弁４４が設けられている。
【０００９】
コントローラ８からの制御電流によって電磁ソレノイド４５を作動させて、排出路４０に設けられている開閉弁４４を開弁させると、オリフィス３９はオリフィス４１よりも燃料の流れをより強く制限するので、バランスチャンバ３０内の燃料圧力が低下する。針弁３１を持ち上げるリフト力が、バランスチャンバ３０内の燃料圧力に基づく押下げ力及びリターンスプリング４７のばね力との合力を上回り、針弁３１がリフトし、燃料は開口した噴孔３２から燃焼室（図示せず）内へと噴射される。噴射に費やされずバランスチャンバ３０から排出路４０を通じて流出た燃料は、燃料戻し管４６を経て燃料タンク７に回収される。
【００１０】
コントローラ８には、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ、アクセルペダルの踏込み量Ａｃを検出するためのアクセル踏込み量センサ等の検出手段としての各種センサ９からの検出信号が入力される。その他、冷却水温センサ、エンジン気筒判別センサ、上死点検出センサ、大気温度センサ、大気圧センサ、吸気管内圧力センサ等のエンジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号がコントローラ８へ入力される。
【００１１】
コントローラ８は、上記各センサ９からの検出信号と予め求められている噴射特性マップとに基づいて設定された目標噴射条件に従って、開閉弁４４を開閉して針弁３１のリフトを制御する。目標噴射条件は、エンジン出力がエンジンの運転状態に即した最適出力になるように、インジェクタ３からの燃料噴射のタイミングと噴射量とを定めるものである。燃料噴射の時期及び量は、噴射圧力と針弁３１のリフト（リフト量、リフト期間）とによって定められる。コントローラ８が出力したコマンドパルスに基づいて決定された駆動電流が電磁ソレノイド４５に送られ、開閉弁４４が開閉制御されて、針弁３１のリフトが制御される。
【００１２】
具体的には、インジェクタ３の燃料噴射量とコントローラ８が出力するコマンドパルスのパルス幅との関係が、コモンレール圧力Ｐｒ（コモンレール２内の燃料圧力）をパラメータとしたマップによって定められている。燃料噴射は、コマンドパルスの立ち下がり時刻と立ち上がり時刻に対して一定時間遅れて開始又は停止されるので、コマンドパルスがオン又はオフとなる時期を制御することによって、噴射タイミングを制御することが可能である。基本噴射量とエンジン回転数Ｎｅとの間には、アクセルペダル踏込み量Ａｃをパラメータとして一定の関係が基本噴射量特性マップとして予め与えられており、燃料噴射量は、エンジンの運転状態に応じて基本噴射量特性マップから計算によって求められる。図示の例では、インジェクタ３は１つのみ示されているが、エンジンは４気筒、６気筒のように多気筒エンジンであり、コントローラ８は各気筒に対応して配置されているインジェクタ３毎に燃料噴射制御を行う。
【００１３】
インジェクタ３から噴射される燃料の噴射圧力はコモンレール２に貯留されている燃料の圧力に略等しいので、噴射圧力を制御するにはコモンレール圧力Ｐｒが制御される。エンジンの運転状態が一定であってもインジェクタ３による燃料噴射毎にコモンレール２内の燃料が消費されることによりコモンレール圧力Ｐｒは低下しようとし、また、エンジンの運転状態が変わればエンジンの運転状態に最適となるのに必要なコモンレール圧力Ｐｒも変更される。コントローラ８は、燃料サプライポンプ１の圧送量を制御することにより、コモンレール２の圧力をエンジンの運転状態に応じて一定圧力又は必要な圧力に制御する。
【００１４】
コモンレール圧力Ｐｒの制御は、エンジンの運転状態に応じて決定された目標燃料噴射量とエンジン回転数Ｎｅとに応じて目標コモンレール圧力を決定し、この目標コモンレール圧力と圧力センサ２２によって検出された実際のコモンレール圧力との偏差をなくすように、燃料サプライポンプ１の圧送量（プランジャのリフトに伴う圧送量）をフィードバック制御することによって行われる。
【００１５】
図７に示すコモンレール式燃料噴射システムでは、燃料サプライポンプ１の圧送量を制御する方法の一つとして、プリストローク制御が知られている。プリストローク制御は、プランジャ１１がリフト行程中にあるときでも、燃料吸入通路１３に配設されているインレットバルブ１５を開弁させている期間には、ポンプ室１２内に吸入されていた燃料が燃料吸入通路１３を通じて戻り、インレットバルブ１５の閉弁後に吐出側に圧送されることを利用し、燃料圧送量を制御する方式である。コントローラ８が電磁ソレノイド１６の励磁時期を制御してインレットバルブ１５の閉弁時期からの燃料圧送期間を制御することで、燃料サプライポンプ１の圧送量が制御され、その結果、コモンレール圧力Ｐｒが制御される。燃料吸入通路１３での燃料圧（フィード圧）は、リリーフ弁１８により上限が制限されているので、フィードポンプ６が送る余剰の燃料はリリーフ弁１８及び戻し管１９を通じて燃料タンク７に戻される。
【００１６】
ところで、燃料サプライポンプは、一般的には、列型或いはロータリ型を問わず複数のプランジャを備えた型式のポンプである。また、従来のコモンレール式燃料噴射システムでは、コモンレール圧力の検出は複数のプランジャによる燃料供給或いは複数のインジェクタからの燃料噴射に跨がって行われており、各検出値を平均して求めた値を実コモンレール圧力としてコモンレール圧力の制御に利用している。一方、各プランジャが圧送する燃料圧送量、或いは各インジェクタからの燃料噴射量には、一般的に、メカニカル等の要因による個体バラツキや径年変化によるバラツキがある。平均値として求めた実コモンレールを用いてポンプの圧送量が決定されていると、コモンレール圧力を平均値で目標値に一致するようにフィードバック制御を行っても、燃料サプライポンプからの燃料圧送によるコモンレール圧力の上昇量とインジェクタからの燃料噴射によるコモンレール圧力の降下量には気筒毎にバラツキを生じ、その結果、燃料噴射圧力にバラツキを生じる。コモンレール式燃料噴射システムの場合には、インジェクタの燃料噴射特性を揃えたとしても、コモンレール圧力のバラツキをなくさないと燃料噴射量を揃えることができない。特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においては、気筒毎の噴射バラツキが燃料バラツキとなって現れ、不快な振動や騒音の原因となる。また、燃料サプライポンプが、複数のカム山を有するポンプ駆動カムで単一のプランジャを駆動する型式のものであっても、各カム山の作動毎に燃料圧送量にバラツキを生じ、同様の問題がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、エンジンの運転状態に基づいて決定されるコモンレール圧力の目標値は、燃料サプライポンプから燃料がコモンレールに圧送されてコモンレール圧力が回復した後で且つ各インジェクタから燃料噴射が開始されてコモンレール圧力が降下する前の圧力回復時期におけるコモンレール圧力であることに着目して、プランジャによる各燃料圧送での圧送量にバラツキが存在していても、各インジェクタからの燃料噴射後における燃料サプライポンプからの燃料圧送によって、コモンレール圧力を一律に目標値に回復させる点で解決すべき課題がある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、各インジェクタからの燃料噴射後に降下するコモンレール圧力を燃料サプライポンプからの燃料圧送によって回復させる際に、プランジャによる各燃料圧送における燃送量にバラツキが存在していても、燃料圧送毎にコモンレール圧力をその目標値へ一律に回復させ、特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においても、気筒毎の噴射バラツキをなくして燃料バラツキを回避して、不快な振動や騒音の発生を防止するコモンレール式燃料噴射装置を提供することである。
【００１９】
前記目的を達成するため、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置は、プランジャのポンプ作用により燃料を順次圧送する燃料サプライポンプ、前記燃料サプライポンプが圧送した燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給された燃料を噴射する気筒毎に設けられたインジェクタ、エンジンの運転状態を検出する検出手段、前記コモンレールの圧力を検出する圧力センサ、及び前記検出手段からの検出信号に基づいて前記コモンレールの目標コモンレール圧力を含む前記各インジェクタから噴射すべき燃料の噴射条件を求めると共に、前記噴射条件に従って前記燃料サプライポンプの前記プランジャが圧送する燃料圧送と前記各インジェクタからの燃料噴射とを制御するコントローラを具備し、前記燃料サプライポンプは、ポンプシリンダ内を往復動する前記プランジャ、ポンプ駆動軸に設けられ且つ前記プランジャを押圧して前記ポンプシリンダと前記プランジャとで形成されるポンプ室内の燃料を圧送するポンプ駆動カム、前記ポンプ室内に燃料を供給する燃料通路、及び前記ポンプ室と前記燃料通路とを連通又は遮断するインレットバルブを備え、前記コントローラは、前記プランジャがリフト行程にあるときに前記インレットバルブを所定のタイミングで閉弁して前記ポンプ室内に吸入されている燃料の前記燃料通路への戻し量を調整することにより前記ポンプ室から圧送される燃料圧送量のプリストローク制御を行うものであり、また、前記コントローラは、前記プランジャによる燃料圧送により回復した後で且つ前記各インジェクタからの燃料噴射によって降下する前の実コモンレール圧力を検出し、各気筒毎に対応した前記プランジャによる燃料圧送について、前記実コモンレール圧力と前記目標コモンレール圧力との偏差に基づいて圧送すべき燃料圧送量を補正することにより、前記実コモンレール圧力を前記目標コモンレール圧力に一致させるフィードバック制御を行うものであるコモンレール式燃料噴射装置において、前記インレットバルブの弁本体と前記弁本体が嵌入する弁シリンダとで圧力制御室が形成されており、前記圧力制御室と前記燃料通路とを連通又は遮断する制御弁が設けられており、前記制御弁の開弁作動によって前記圧力制御室と前記燃料通路とを連通することにより前記インレットバルブの昇降を許容すると共に、前記制御弁の閉弁作動によって前記圧力制御室と前記燃料通路とを遮断して前記インレットバルブの昇降を阻止し、前記コントローラは、前記プリストローク制御を行う際に前記圧力制御室と前記燃料通路とを遮断することにより前記インレットバルブの閉弁動作を一時的に停止又は減速させるものであることを特徴とする。
【００２０】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、燃料サプライポンプから圧送された燃料はコモンレールに蓄圧状態に貯留され、コモンレールから供給される燃料はインジェクタから各気筒の燃焼室内に噴射される。コントローラは、検出手段が検出したエンジンの運転状態に基づいて、インジェクタから噴射すべき燃料の噴射条件を求め、その噴射条件に従って燃料サプライポンプからの燃料圧送によるコモンレール内の燃料圧力とインジェクタからの燃料噴射とを制御する。このコモンレール式燃料噴射システムでは、燃料サプライポンプからの燃料圧送により回復した後で且つインジェクタからの燃料の噴射によって降下する前の実コモンレール圧力が検出されるので、実コモンレール圧力と目標コモンレール圧力との偏差が燃料圧送毎に算出される。コントローラは、燃料圧送毎にコモンレール圧力の偏差に基づいて圧送すべき燃料圧送量を補正するので、燃料圧送量にバラツキが存在していても、燃料圧送で回復する実コモンレール圧力について、目標コモンレール圧力に一致させるフィードバック制御が行われる。また、インレットバルブの開閉は、制御弁によって導入されるインレットバルブの背圧に基づいて制御されるので、インレットバルブを開閉させる構造が簡単になる。
【００２１】
前記コントローラは、前記目標コモンレール圧力に対応して前記プランジャが圧送すべき基本目標燃料圧送量を算出し、前記プランジャによる各燃料圧送について、前記基本目標燃料圧送量を前記偏差に基づいて算出された燃料圧送補正量で補正して最終目標燃料圧送量を算出し、前記実コモンレール圧力を前記目標コモンレール圧力に一致させるため、前記最終目標燃料圧送量に応じて前記プランジャによる燃料圧送期間を制御する。実コモンレール圧力が目標コモンレール圧力に一致していない場合には、偏差に基づいて基本目標燃料圧送量を補正する燃料圧送補正量が求められ、基本目標燃料圧送量を燃料圧送補正量で補正して最終目標燃料圧送量が求められる。燃料サプライポンプからの燃料圧送量が補正して求められた最終目標燃料圧送量となるように、燃料圧送における燃料圧送期間が制御される。
【００２２】
前記インジェクタは、前記エンジンの各気筒に対応してそれぞれ設けられており、前記燃料サプライポンプは、複数の前記プランジャを備えており、前記各プランジャは、それぞれ前記各インジェクタに対応して作動する。
【００２４】
プランジャが圧送行程にあるときにインレットバルブが所定のタイミングで閉弁され、閉弁までの期間ではポンプ室内に吸入されている燃料はその一部を吸入側に戻し、閉弁後から圧送上死点前のプランジャの圧送行程で燃料を吐出側に圧送することにより、ポンプ室内に吸入されている燃料の燃料通路に戻し量を調整するプリストローク制御が行われる。プリストローク制御を行う際のインレットバルブの閉弁動作をその途中において一時的に規制させるので、インレットバルブの完全に閉弁せず開いている隙間を通じて燃料がフィード側の燃料通路に戻ることができる。したがって、プランジャがリフトを開始したときに、減少するポンプ室内の容積に相当する燃料のすべてを吐出側に圧送しないので、燃料の圧送と同時に生じていた燃料圧力の急上昇が緩和され、燃料サプライポンプの振動が抑制されると共に、コモンレール圧力が過大になるのも軽減される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置の実施例を説明する。図１はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置における燃料噴射制御の概要を示すフローチャートであり、図２は実コモンレール圧力と目標コモンレール圧力との偏差と、燃料サプライポンプのプランジャが圧送すべき基本目標燃料圧送量を補正する燃料圧送補正量との関係の一例を示すグラフであり、図３はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置においてクランク角度の経過に対するコモンレール圧力の変化を示すグラフである。
【００２７】
図１〜図３を参照して、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置における燃料サプライポンプのプランジャが圧送する燃料圧送量の制御について説明する。この実施例では、燃料サプライポンプ１は、複数のプランジャが順次に作動するポンプとする。
【００２８】
エンジン回転速度Ｎｅやアクセル踏込み量Ａｃのようなエンジンの運転状態を検出し、検出したエンジンの運転状態に応じてコモンレール圧力の目標値、即ち、目標コモンレール圧力Ｐｒｔを決定する（ステップ１）。目標コモンレール圧力Ｐｒｔは、既に説明したように、エンジンの運転状態から予め用意されているマップデータに基づいて決定される目標燃料噴射量を達成するために、燃料噴射期間に対応して決定される。目標燃料噴射量が多い程、高い目標コモンレール圧力Ｐｒｔが設定されている。目標コモンレール圧力Ｐｒｔに対して、プランジャによって圧送されるべき基本目標燃料圧送量Ｑｂが決定される（ステップ２）。基本目標燃料圧送量Ｑｂは、エンジンの運転状態及び現在のコモンレール圧力を考慮して、目標コモンレール圧力Ｐｒｔを得るのに必要な燃料圧送量として決定される。コモンレール２に設けられた圧力センサ２２は、コモンレール２の圧力を逐次検出しており、燃料サプライポンプ１からの燃料圧送によって回復し且つ対応する各インジェクタ３からの燃料噴射によって降下する前の実コモンレール圧力Ｐｒａを検出する（ステップ３）。複数プランジャを有する燃料サプライポンプ１の場合には、実コモンレール圧力Ｐｒａは、圧送するプランジャ毎に応じて検出される。
【００２９】
ステップ１で決定した目標コモンレール圧力Ｐｒｔとステップ３で検出した実コモンレール圧力Ｐｒａとの偏差ΔＰｒ（＝Ｐｒａ−Ｐｒｔ）が算出される（ステップ４）。次回に圧送すべき燃料圧送量として基本目標燃料圧送量Ｑｂが決定されるが、ステップ４で算出したコモンレール圧力の偏差ΔＰｒに対応して、例えば図２に示すような予め求められている関数（又はマップデータ）に基づいて、対応するプランジャについて、基本目標燃料圧送量Ｑｂを補正する燃料圧送補正量ΔＱｂが算出される（ステップ５）。偏差ΔＰｒが正である場合は、実コモンレール圧力Ｐｒａが目標コモンレール圧力Ｐｒｔよりも高いので負の燃料圧送補正量ΔＱｂが算出され、逆に、偏差ΔＰｒが負である場合は、正の燃料圧送補正量ΔＱｂが算出される。マップデータに代えて、偏差ΔＰｒを変数とする関数によって燃料圧送補正量ΔＱｂを求めても良い。基本目標燃料圧送量Ｑｂを燃料圧送補正量ΔＱｂで補正して最終目標燃料圧送量Ｑｆが算出される（ステップ６）。ステップ６で求めた最終目標燃料圧送量Ｑｆに対応して、該当するプランジャによるプリストローク制御による燃料圧送期間が補正される（ステップ７）。
【００３０】
具体的には、燃料圧送補正量ΔＱｂが負（正）である場合には、該当するプランジャに対応したインレットバルブ（後述する）の閉弁期間を遅らせて燃料圧送量Ｑｂを減少（増加）させる制御が行われる。即ち、図３に示すように、あるプランジャの作動によって回復した実コモンレール圧力が目標コモンレール圧力Ｐｒｔよりも低いＰｒａ１であったとすると、該当するプランジャの次のポンプ駆動サイクルにおいては、増量補正された最終目標燃料圧送量Ｑｆ１で燃料がコモンレールに圧送されるので、そのプランジャの圧送量に固有バラツキがあっても、目標コモンレール圧力Ｐｒｔにまで回復することが期待される。同様に、別のプランジャの作動によって回復した実コモンレール圧力が目標コモンレール圧力Ｐｒｔよりも高いＰｒａ２であったとすると、そのプランジャの次のポンプ駆動サイクルにおいては、減量補正された最終目標燃料圧送量Ｑｆ２で燃料がコモンレールに圧送され、コモンレール圧力は、目標コモンレール圧力Ｐｒｔにまでの回復に抑えられることが期待される。
【００３１】
このように、このコモンレール式燃料噴射装置によれば、各プランジャに圧送量のバラツキが補正されるので、コモンレール圧力Ｐｒが目標コモンレール圧力Ｐｒｔに一致するように適正に制御される。インジェクタから噴射される燃料噴射量としてエンジンの運転状態に基づいて決定される所定の燃料噴射量を確保しようとする場合に、コモンレール圧力Ｐｒが変動すると、その変動に伴って燃料噴射期間が変化し、燃料噴射期間が変化すると各燃焼室での燃料状態のバラツキが発生してエンジンの不快な振動や騒音が生じていたが、このコモンレール式燃料噴射装置によれば、コモンレール圧力Ｐｒが目標コモンレール圧力Ｐｒｔに一致するように制御されるので、燃焼バラツキによるエンジンの不快な振動や騒音の発生を防止することができる。
【００３２】
燃料サプライポンプにおいて、プリストローク制御による燃料圧送期間の変更について、図４〜図６に示す燃料サプライポンプの一例を参照して説明する。図４はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプの一例を示す断面図、図５は図４に示す燃料サプライポンプのインレットバルブを含む要部を拡大して示す断面図、図６は図４及び図５に示す燃料サプライポンプの作動タイミングチャートである。燃料サプライポンプが用いられるコモンレール式燃料噴射システムそれ自体は、燃料サプライポンプの具体的構成を除いて、図７に示すシステムを採用することができる。したがって、本発明による燃料サプライポンプが適用されるコモンレール式燃料噴射システムについての再度の説明は省略する。コモンレール式燃料噴射システムに適用されるインジェクタについても同様である。図７に示したコモンレール式燃料噴射システムに用いられている燃料サプライポンプ以外の要素と同等の要素には同じ符号を付して、再度の説明を省略する。
【００３３】
図４である縦断面図には、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプ５０の全体の概略が示されている。高圧燃料サプライポンプ５０のハウジング５２には、エンジンのクランク軸によりベルト等の適宜の伝動手段を介して駆動されるカムシャフトとしてのポンプ駆動軸５３が、回転自在に軸支されている。ポンプ駆動軸５３には、ポンプ駆動カムが配設されている。ポンプ駆動カムは、ポンプ駆動軸５３に一体形成された偏心カム５４、及び偏心カム５４の外周に軸受５５を介して回転自在に取り付けられた回転輪５６を備え、ハウジング５２のカム室５７内に収容されている。カム室５７に連通するハウジング５２のボア５８内には、プランジャばね５９によって回転輪５６に押圧されるプランジャ６０が昇降可能に配設されている。プランジャ６０の先端にはタペット６１が形成されており、タペット６１は、一側でプランジャばね５９の一端と係合してプランジャばね５９のばね力を受けると共に、他側で回転輪５６に当接している。
【００３４】
ポンプシリンダ６２がハウジング５２の上端面に取り付けられており、ハウジング５２とポンプシリンダ６２とはポンプ本体を構成している。ポンプシリンダ６２に形成されたシリンダボア６３に、プランジャ６０が摺動自在に嵌入している。ポンプシリンダ６２の上部には横方向から吐出穴６４が穿設されており、この吐出穴６４には逆止弁から成る吐出弁６５が配設されている。プランジャ６０は、ポンプシリンダ６２内に形成されているシリンダボア６３内を摺動自在に往復運動し、シリンダボア６３上部にはプランジャ６０の頂部とでポンプ室６６が区画されている。
【００３５】
フィードポンプ６から燃料吸入通路１３に吐出された低圧燃料は、ハウジング５２に形成された燃料供給路７１、ハウジング５２とポンプシリンダ６２との間に形成された環状通路７２、及び環状通路７２からハウジング５２の上部に延びる燃料吸入路７３を通じて、ハウジング５２の上面に形成された燃料溜まり７４に供給される。燃料吸入通路１３から分岐する通路には、リリーフ弁１８が設けられており、設定圧以上の燃料圧はリリーフ弁１８を通じて燃料タンク７に戻される。燃料溜まり７４は、後述するように、インレットバルブ８０を通じてポンプ室６６に接続している。
【００３６】
一方、吐出穴６４に形成された雌ねじ部７５には、コモンレール２に至る燃料吐出路１４の一端部が螺入されて接続される。ポンプ室６６で昇圧された燃料は、その昇圧した燃料圧で吐出弁６５を開いて、燃料吐出路１４を通じてコモンレール２に至る。なお、プランジャ６０の周囲において漏洩した燃料は、ドレンポート７９を経て、潤滑油とは区別して回収される。
【００３７】
ポンプシリンダ６２には、燃料溜まり７４とポンプ室６６とを遮断・連通するインレットバルブ８０と、インレットバルブ８０を作動させる制御弁５１とが配設されている。図５に基づいてインレットバルブ８０と制御弁５１とについて説明する。インレットバルブ８０は、ポンプ室６６の内部に配置されている弁ヘッド８１と、ポンプシリンダ６２の外部に制御弁５１の内部に延びている弁ステム８２とから成る。インレットバルブ８０は、弁ヘッド８１の弁フェース８３がポンプシリンダ６２に形成されている弁シート８４に当接したときに閉弁して、燃料溜まり７４とポンプ室６６との間を遮断する。弁ステム８２は、ポンプシリンダ６２に形成された挿通孔８５に隙間８６を介して挿通し、挿通孔８５の上方において筒状部材の形態を有するブッシュ８７の案内孔８８内に案内されている。
【００３８】
弁ステム８２の上部の外周にはスナップリング８９が嵌着されており、弁ステム８２に嵌合されたばね受けを兼ねるばねガイド９０はスナップリング８９に係合することで弁ステム８２に対する位置を規制されている。ブッシュ８７とばねガイド９０との間には、吸入弁ばね９１が圧縮状態に装着されている。弁ヘッド８１は、吸入弁ばね９１により、弁シート８４に着座してインレットバルブ８０を常に閉弁する方向に付勢されている。キャップ９２がポンプシリンダ６２の上部に対して燃料溜まり７４を覆うようにシールリングによって密封状態に取り付けられており、キャップ９２の内部の中央穴９３内に弁ステム８２の上部が収容されている。弁ステム８２がブッシュ８７の案内孔８８に嵌入し且つ弁ステム８２の頂部９８がボア９４内に嵌入することにより、プランジャ６０の上昇によってインレットバルブ８０に流体力が働いても弁ステム８２の精度（同軸、同心度）が確保される。
【００３９】
キャップ９２の中央部は、ボア９４が形成された弁シリンダ９９を構成している。弁シリンダ９９には、インレットバルブ８０の弁ステム８２の頂部９８が摺動可能に嵌入し、ボア９４の壁面と弁ステム８２の頂部９８の頂壁とで圧力制御室９５が形成されている。また、キャップ９２には、燃料溜まり７４に接続する連通路９６が形成されており、連通路９６は、ボア９４の底部に形成された連絡路９７を通じて連通可能であり、連通時には、フィードポンプ６から送られた低圧燃料の燃料圧が圧力制御室９５に作用している。キャップ９２の上面には、連通路９６と連絡路９７とを接続すると共に連絡路９７の開口部を開閉するため、制御弁５１が密封状態に取り付けられている。ハウジング５２とポンプシリンダ６２とに形成された燃料供給路７１，環状通路７２，燃料吸入路７３、及びキャップ９２に形成されている連通路９６は、燃料サプライポンプ５０において、燃料をポンプ室６６へ供給する燃料通路を構成している。
【００４０】
制御弁５１は、キャップ９２の上面にシールリングによって密封状態に取り付けられるハウジング１０１を有している。制御弁５１は電磁弁として構成されており、ハウジング１０１の内部には、コントローラからの信号によって励磁されるソレノイド１０２と、ソレノイド１０２の励磁・消磁によって作動するアーマチュア１０３、及びアーマチュア１０３を付勢する戻しばね１０４が配置されている。アーマチュア１０３の先端は開閉弁部１０５となっており、制御弁５１は、キャップ９２に形成されている連絡路９７の開口端を開放又は閉鎖して、圧力制御室９５を低圧側に接続するか、又は密閉状態にすることができる２方弁として構成されている。ソレノイド１０２が励磁されると、アーマチュア１０３は、戻しばね１０４のばね力に抗して下降され、先端の開閉弁部１０５が連絡路９７の開口端を閉鎖して、圧力制御室９５を密閉状態にする。また、制御弁５１のソレノイド１０２を消磁すると、アーマチュア１０３は戻しばね１０４によって上昇し、開閉弁部１０５が連絡路９７の開口端を開放して圧力制御室９５を低圧側に連通することができる。
【００４１】
次に、図６に示すタイミングチャートに基づいて、図４及び図５に示す燃料サプライポンプの作動について説明する。図６は、燃料サプライポンプ５０の作動タイミングチャートの一例を横軸を時間軸として示す図である。図６（Ａ）は制御弁作動信号のオン・オフ状態を示すグラフであり、図６（Ｂ）は制御弁が図６（Ａ）に示す作動信号の態様で制御されるときの制御弁の変位の変化の様子を示すグラフであり、図６（Ｃ）は制御弁が図６（Ａ）の態様で制御されるときのインレットバルブのリフトの様子を示すグラフであり、図６（Ｄ）は燃料サプライポンプのプランジャの変位を示すグラフであり、更に図６（Ｅ）は燃料サプライポンプからの吐出される燃料流量を示すグラフである。
【００４２】
フィードポンプ６によって送り出された低圧の燃料は、燃料供給路７１、環状通路７２、燃料吸入路７３を通じて燃料溜まり７４に供給されている。図６の（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、制御弁５１はオフのときには、アーマチュア８３は戻しばね１０４のばね作用によって開閉弁部１０５は連絡路９７を開放しているので、圧力制御室９５は低圧側に連通し、圧力制御室９５内に対しては低圧燃料が流入・流出可能である。プランジャ６０が下降するのに合わせて、ポンプ室６６内の圧力は負圧となるので、インレットバルブ８０に作用する流体圧力のバランスによって吸入弁ばね９１のセット力に抗してインレットバルブ８０を開弁し、燃料溜まり７４内の燃料は、ブッシュ８７の下端の溝８７ａ及び挿通孔８５と弁ステム８２との間に形成されている隙間８６を通じて、更に、弁ヘッド８１の弁フェース８３と弁シート８４との間を通じてポンプ室６６に吸入される。即ち、インレットバルブ８０は、燃料が流入することに対応して弁フェース８３と弁シート８４との間が開く方向へリフトする。
【００４３】
プランジャ６０が基準点からマイナス方向に変位を開始する時刻ｔ1 において、制御弁５１の作動信号がオンとなる。制御弁５１は、時刻ｔ1 から閉じる方向に変位を開始し、時刻ｔ2 において開閉弁部１０５が連絡路９７の開口を完全に塞ぐまで変位し、圧力制御室９５を完全に閉じる。そのため、時刻ｔ2 において、インレットバルブ８０の開方向へのリフトの変位が停止し、インレットバルブ８０のリフトはフルリフト状態となる。プランジャ６０が下死点に到達する時刻ｔ3 まで、リフト状態のインレットバルブ８０を通じてポンプ室６６内への燃料の吸入が行われる。
【００４４】
プランジャ６０が下死点（ＢＤＣ）に到達した時刻ｔ3 の後は、ポンプ室６６内の燃料は、上昇しようとするプランジャ６０によって押し出される。このとき、圧力制御室９５内の燃料が流出することはないのでインレットバルブ８０は閉じることができず開弁状態が維持される。圧力制御室９５内の燃料が高圧になっても、連絡路９７の断面積は小さいので、圧力制御室９５内の燃料圧に対して、小型のソレノイド１０２でも充分対抗することができ、ソレノイド１０２の作動力に抗してアーマチュア１０３を押し上げることはない。したがって、燃料は、開弁状態のインレットバルブ８０から燃料溜まり７４、燃料吸入路７３等の低圧側に逆流し、吐出弁６５を開いて燃料吐出路１４に吐出されることはない。燃料吸入路１３等の低圧側に逆流した燃料量に相当する量は、リリーフ弁１８を経てタンク７に戻される。
【００４５】
プランジャ６０が下死点（ＢＤＣ）を経て上昇中にある時刻ｔ4 において、制御弁５１の作動信号がオフに切り換えられる。制御弁５１のアーマチュア１０３は戻しばね１０４のばね力によって上昇し、開閉弁部１０５は連絡路９７の開放を開始し、時刻ｔ5 において制御弁５１は圧力制御室９５を完全に開放する。圧力制御室９５は低圧側に連通して圧力が低下するので、ポンプ室６６内で昇圧された燃料の圧力作用によってインレットバルブ８０は上昇してインレットバルブ８０が閉弁を開始する。インレットバルブ８０は、時刻ｔ6 において完全に閉じる。したがって、インレットバルブ８０が閉弁を開始してから、ポンプ室６６内の燃料の低圧側への逆流が停止され始め、ポンプ室６６内の昇圧した燃料は、吐出弁６５を通じて燃料吐出路１４に吐出され始め、プランジャ６０が時刻ｔ7 において上死点（ＴＤＣ）に到達するまで、ポンプ室６６内の燃料が燃料吐出路１４に吐出される。
【００４６】
図６（Ａ）〜（Ｃ）及び（Ｅ）において、破線で示すグラフは、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを遅らせた場合の各変化の様子を示している。即ち、制御弁５１のオフ作動タイミングが遅れる（時刻ｔ8 ）と、制御弁５１のアーマチュア１０３の変位も遅れ制御弁５１の開弁時期ｔ9 、及びインレットバルブ８０が閉じる時期（時刻ｔ1 0 ）も遅れる。したがって、ポンプ室６６から燃料が吐出弁６５を開いて燃料吐出路１４へ吐出され始める時期もおくれるので、プランジャ６０が上死点（ＴＤＣ）に到達する時刻ｔ7 までにポンプ室６６から吐出される燃料吐出量が減少する。また、逆に、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを早めると、インレットバルブ８０が閉じる時期も速くなり、ポンプ室６６からの燃料吐出量を増大させることができる。このように、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを制御することにより、ポンプ室６６からの燃料吐出量を制御することができる。
【００４７】
【発明の効果】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、燃料サプライポンプから圧送された燃料は蓄圧状態にコモンレールに貯留され、コントローラは、コモンレール圧力を含むエンジンの運転状態を検出する検出手段からの検出信号に応じて求められる目標燃料噴射条件に基づいて、燃料サプライポンプからコモンレールに圧送される燃料圧送の制御と、コモンレールから供給された燃料を燃焼室に噴射するインジェクタの制御とを行っている。燃料圧送を行うプランジャと、その燃料圧送によって回復したコモンレール圧力がインジェクタからの次の燃料噴射によって低下することになる気筒とは対応しており、個々のプランジャに個体バラツキや径年変化等によるバラツキがあるとコモンレール圧力の上昇量にバラツキが発生し、目標コモンレール圧力が必ずしも維持されないことがあるが、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置において、コモンレールに設けられている圧力センサは、燃料サプライポンプからの燃料の圧送によって回復し且つインジェクタからの燃料噴射によって下降する前の実コモンレール圧力を検出しており、コントローラは、燃料サプライポンプの各プランジャによるコモンレール圧力の回復程度を知ることができ、目標コモンレール圧力との偏差をなくすように、各プランジャによって圧送される燃料圧送量を補正する。したがって、圧力回復時のコモンレール圧力のバラツキがなくなるので、燃料噴射量を揃えることができ、特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においても気筒毎における燃料バラツキを無くし、不快な振動や騒音の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置による燃料噴射制御の概要を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す燃料噴射制御において、コモンレール圧力の偏差と燃料圧送量の補正量との関係の一例を示すグラフである。
【図３】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置におけるクランク角度の経過によるコモンレール圧力の変化を説明するグラフである。
【図４】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプの一実施例を示す断面図である。
【図５】図４に示す燃料サプライポンプのインレットバルブを含む要部を拡大して示す断面図である。
【図６】図４及び図５に示す燃料サプライポンプの作動タイミングチャートである。
【図７】従来のコモンレール式燃料噴射システムを説明する概要図である。
【符号の説明】
２ コモンレール
３ インジェクタ
８ コントローラ
９ センサ
１３ 燃料通路
２２ 圧力センサ
５０ 燃料サプライポンプ
５１ 制御弁
５３ ポンプ駆動軸
６０ プランジャ
６２ ポンプシリンダ
６６ ポンプ室
７１ 燃料供給路
７２ 環状通路
７３ 燃料吸入路
８０ インレットバルブ
８１ 弁ヘッド
８２ 弁ステム
９４ ボア
９５ 圧力制御室
９６ 連通路
９９ 弁シリンダ
Ｐｒ コモンレール圧力
Ｐｒｔ 目標コモンレール圧力
Ｐｒａ 実コモンレール圧力
ΔＰｒ コモンレール圧力の偏差
Ｑｂ 基本目標燃料圧送量
ΔＱｂ 燃料圧送補正量
Ｑｆ 最終目標燃料圧送量
Claims (3)
- プランジャのポンプ作用により燃料を順次圧送する燃料サプライポンプ、前記燃料サプライポンプが圧送した燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給された燃料を噴射する気筒毎に設けられたインジェクタ、エンジンの運転状態を検出する検出手段、前記コモンレールの圧力を検出する圧力センサ、及び前記検出手段からの検出信号に基づいて前記コモンレールの目標コモンレール圧力を含む前記各インジェクタから噴射すべき燃料の噴射条件を求めると共に、前記噴射条件に従って前記燃料サプライポンプの前記プランジャが圧送する燃料圧送と前記各インジェクタからの燃料噴射とを制御するコントローラを具備し、前記燃料サプライポンプは、ポンプシリンダ内を往復動する前記プランジャ、ポンプ駆動軸に設けられ且つ前記プランジャを押圧して前記ポンプシリンダと前記プランジャとで形成されるポンプ室内の燃料を圧送するポンプ駆動カム、前記ポンプ室内に燃料を供給する燃料通路、及び前記ポンプ室と前記燃料通路とを連通又は遮断するインレットバルブを備え、前記コントローラは、前記プランジャがリフト行程にあるときに前記インレットバルブを所定のタイミングで閉弁して前記ポンプ室内に吸入されている燃料の前記燃料通路への戻し量を調整することにより前記ポンプ室から圧送される燃料圧送量のプリストローク制御を行うものであり、また、前記コントローラは、前記プランジャによる燃料圧送により回復した後で且つ前記各インジェクタからの燃料噴射によって降下する前の実コモンレール圧力を検出し、各気筒毎に対応した前記プランジャによる燃料圧送について、前記実コモンレール圧力と前記目標コモンレール圧力との偏差に基づいて圧送すべき燃料圧送量を補正することにより、前記実コモンレール圧力を前記目標コモンレール圧力に一致させるフィードバック制御を行うものであるコモンレール式燃料噴射装置において、
前記インレットバルブの弁本体と前記弁本体が嵌入する弁シリンダとで圧力制御室が形成されており、前記圧力制御室と前記燃料通路とを連通又は遮断する制御弁が設けられており、前記制御弁の開弁作動によって前記圧力制御室と前記燃料通路とを連通することにより前記インレットバルブの昇降を許容すると共に、前記制御弁の閉弁作動によって前記圧力制御室と前記燃料通路とを遮断して前記インレットバルブの昇降を阻止し、前記コントローラは、前記プリストローク制御を行う際に前記圧力制御室と前記燃料通路とを遮断することにより前記インレットバルブの閉弁動作を一時的に停止又は減速させるものであることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。 - 前記コントローラは、前記目標コモンレール圧力に対応して前記プランジャが圧送すべき基本目標燃料圧送量を算出し、前記プランジャによる各燃料圧送について、前記基本目標燃料圧送量を前記偏差に基づいて算出された燃料圧送補正量で補正して最終目標燃料圧送量を算出し、前記実コモンレール圧力を前記目標コモンレール圧力に一致させるため、前記最終目標燃料圧送量に応じて前記プランジャによる燃料圧送期間を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
- 前記インジェクタは、前記エンジンの各気筒に対応してそれぞれ設けられており、前記燃料サプライポンプは複数の前記プランジャを備えており、前記各プランジャは、それぞれ前記各インジェクタに対応して作動するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
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